鋼波紋管在公路工程中的應用

任希慶

(山西省汾陽市運輸交通局)

0 前 言

鋼波紋管是由碳鋼板生產加工成的外圈帶有波紋的金屬管道，它的各管節之間由高強螺栓連接(或鉚接)而成并且經過了耐腐蝕處理，在公路工程中常用來代替鋼筋混凝土涵洞及小橋等。我國目前的鋼波紋管根據截面形式的不同主要可分作三類，即圓管形、管拱形、拱形;鋼波紋管的壁厚在1.5～7 mm 之間，在公路工程中相對于普通的鋼筋混凝土管道其施工方便，不容易出現結構變形、不均勻沉降等問題，尤其是在雨季施工時，效果顯著，在我國各地的公路施工中都得到了廣泛的應用。

1 鋼波紋鋼管的技術特點優勢

公路施工中管道基礎和土層的不均勻沉降是導致普通管道變形和破壞的主要因素之一，而鋼波紋管在材料與結構性能上，恰好具備了柔性好且強度高的優勢，不僅可以適應管道基礎與地基的變形，而且可以克服因土層不均勻沉降給管涵所帶來的破壞。另外，鋼波紋管軸線上的波紋使它具備了良好的受力特征，軸向與徑向同時分布因荷載而產生的應力應變，可以在更大程度上將荷載的集中應力予以分散，從而發揮出其鋼結構的優勢。特別是在軟土、凍土、膨脹土以及濕陷性黃土等不良地質環境中，鋼波紋管的這些特點能體現的淋漓盡致，從而為公路工程的質量帶來保障。

根據大量的研究與實踐證明，以鋼波紋管修筑成的涵洞與普通的鋼筋混凝土涵洞相比較，主要具備了以下幾點優勢。(1)管道質量輕、管節薄，便于運輸和現場存放，施工拼裝工藝簡便且施工周期短。(2)減少了水泥、碎石、砂石等用量，有利于節能、環保。(3)管道生產過程中多為集中化工廠生產，受外界環境影響因素小，質量和生產成本都有保障。(4)耐久性能好，使用壽命通常在70年以上，相對于鋼筋混凝土而言更能夠符合公路涵洞設計的年限要求。(5)在不良土質中應用情況較好，能客服膨脹土、凍土、濕陷性黃土等地質結構施工后期的一些質量問題，提高了公路的服務性能，降低了后期管道、公路的維護成本。

2 鋼波紋管在公路工程中的應用

鋼波紋管在施工過程中，一般要求在天然地面或者經夯實處理后的回填土上開挖溝槽施工，溝槽的開挖寬度應滿足設計基礎寬度以及管道兩側的回填土夯實，其施工工藝可概括為如下:施工前準備→測量放樣→基坑開挖→基坑檢測→墊層(基礎)施工→管節安裝→管兩側回填→管頂回填→洞口處理→質量驗收。

2.1 前期準備

施工前期的準備主要是對現場的清理，如采用機械平整場地，為后續的施工放線、基坑開挖提供條件。同時，還需要對周邊場地，如現場道路、材料堆放場地等進行平整。對于現場地基的處理，通常會有以下幾種可能性。(1)軟土或濕陷性黃土等不良地基，需要換填一定厚度的砂礫，然后經夯填、檢測合格之后方可使用。(2)原天然土質為優良地基的(如碎石、砂礫等)，需要清除10 cm 以上的石塊等硬物。(3)如遇到巖石地基，應將軟巖部分挖掉并清除干凈，換填一層優質土并做夯實處理。因為鋼波紋管為柔性結構，在堅硬的巖石地基作用下時間長了會發生凹凸變形，從而使其性能降低。

2.2 測量放線

基坑開挖前需要根據施工設計圖紙，采用儀器對管涵的中心線與縱橫軸線進行定位，基坑的寬度通常以管涵直徑的3～4 倍為適宜，邊坡按照1∶1 放坡，避免開挖過程中的塌方事故。管涵軸線定位之后應打好中邊樁，并在管道中心線與開挖基坑邊線的位置上撒好白灰線，以方便開挖。

2.3 基坑開挖

管道基坑開挖時根據事先放好的邊線，通常以機械和人工配合的方式開挖，在開挖到基地深度的30 cm 左右時，采用人工挖方并對基地進行平整。基坑的寬度應在滿足設計要求之外，便于施工，通常應大于兩倍的管道直徑。基坑兩側坡底處可開挖排水溝，將地下水引入到集水坑中統一排放。

2.4 墊層

鋼波紋管基底處理完成之后根據設計要求進行墊層填筑，常用的墊層有砂礫或粗砂墊層，根據規范要求，墊層中最大粒徑不能超過50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超過3%。如分層填筑每層壓實后的厚度應在20 cm 以內，總墊層厚度通常在30～50 cm 之間。此外，埋置于土層地基中的鋼波紋管，在經過一段時間的自然沉降之后，管道經常會因下沉而出現中部高于兩端而影響到流水的問題。因此，需要事先根據土質的情況(即考慮可能的下沉量)，涵底的縱坡以及填土高度等綜合因素來設置預留拱度。預留拱度按照實際經驗，通常為涵管長度的0.2%～1%，最大不宜超過2%。

2.5 波紋管安裝

首先，涵管安裝前先準確放出軸線和進出水口的位置。管底安裝時應將其緊貼在墊層上，使得涵管受力均勻。基礎頂面坡度與設計坡度應一致。

其次，涵管的拼裝過程需按照從下到上的順序先安裝底片，然后沿管軸向向兩端拼接。板與板之間要連接緊密，螺栓應確保擰緊、牢固。操作時應有2 人分別在管內外擰同一顆螺栓，以防其打滑，影響使用。沿管軸向每安裝4～5 片板時，需要進行1 次管節圓度和位置的校正。如果發現偏位，可用千斤頂在偏位方向朝上頂管節以進行糾偏，但不宜用力過大，以防止損壞鋼波紋管。施工直徑大于3 m 的鋼波紋管時，應在管內外搭設施工腳手架。另外，為了確保螺栓的扭矩滿足設計要求，在拼裝完成之后要隨機抽取結構上縱向接縫上2%的螺栓，用定扭扳手進行抽檢試驗。如發現任一試驗值扭矩范圍達不到設計要求的，則需要重新抽檢縱向和環向上所有接縫螺栓的5%。上述抽檢合格率達到90%以上的，則認為拼裝是合格的。否則應重新復核設計，以確定得到的扭矩值是否滿足要求。

最后，鋼波紋板涵管外圈搭接處用預緊力扭矩符合要求后，需要專用密封材料密封，以防止波紋板連接處滲水。閉合截面鋼波紋板涵管拼裝完畢后，在管外壁均勻涂刷兩遍瀝青，管內壁1/2 管徑以下范圍內均勻涂刷兩遍瀝青;非閉合截面波紋管在內外管壁均勻涂刷兩遍瀝青。瀝青涂層的厚度通常控制在0.3～1 mm 之間。

對于小管徑的法蘭安裝工藝，其關鍵點在于涵管吊裝時應與前一根涵管的法蘭間距保持在3～5 cm 左右，然后采用小撬棍對準法蘭上的螺栓孔，使其兩根波紋管法蘭上的螺栓孔對正，從第二根管道的另外一端撬動撬棍，使管道縱向平行移動至兩法蘭之間的間距在2 cm 左右，最后全部穿上螺栓，將螺絲擰緊，帶平扣即可。如果吊裝過程中相鄰兩管道法蘭距離過小，不便于管道的連接，此時可以采用手錘和鑿子在兩個法蘭之間鑿開大約1 cm 的縫隙，然后用螺絲刀將石棉墊鑲在兩片法蘭之間。如果管道頂部法蘭間距大，石棉墊難以鑲嵌時可以用綁絲將石棉墊固定在螺栓上，由工人對稱鎖緊螺絲，直到兩片法蘭的間距保持在2 cm 左右。

2.6 回填工藝

(1)管涵兩側與頂部的回填材料可選用與墊層相同的細沙或石屑，在寒冷地區應注意滿足抗凍性要求(如可采用有一定級配的天然砂礫石，同時保證最大粒徑不超過50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超過3%)。

(2)回填時必須分層填筑，每層厚度控制在20 cm 左右，并且逐層碾壓，密實度應達到95%以上，與該位置的路基壓實度相同。可先在管涵兩側用紅漆按20 cm 的標準劃線，以便于控制回填厚度。

(3)管身最大直徑兩側50 cm 以內的地方以人工夯機夯實，50 cm 以外則可采用輕型壓路機碾壓。

3 工程質量驗收及施工注意事項

3.1 檢驗評定標準

(1)鋼波紋板在出廠和進入施工現場前都應當按照鋼質波紋板加工驗收標準對其質量進行嚴格的驗收，并做好相關的預拼裝工作。如果鋼質波紋板通道在現場拼裝時，必須嚴格遵守設計與鋼質波紋板通道安裝規范。

(2)波紋管的墊層(或基礎)承載力必須經過觸探實驗，確保基底滿足承載力的要求。施工中應嚴格避免機械超挖后回填虛土的現象。

(3)波紋鋼板安裝鋪設應保證穩固、平順，管涵安裝過程中應有標高隨時控制，防止管底出現反坡問題。

3.2 施工中注意事項

(1)鋼波紋管在公路工程中的應用必須遵循的主要原則為安全、經濟與適用，即首先在確保公路質量合格、滿足公路使用要求的基礎上，充分發揮出鋼波紋管結構中的力學性能和優勢。這就需要在設計過程中結合項目建設的環境以及材料的結構優勢，不僅要考慮公路的等級、現場地質環境等因素，還需要考慮到施工的便利條件、養護條件以及二次防腐等問題。

(2)波紋管吊裝時應緊貼在下層的砂墊層上，保證管涵受力均勻，墊層頂面的坡度應與設計坡度保持一致。

(3)管身安裝時由中心向兩端對稱進行，首先安裝底片，然后分別向上拼接。每安裝5 m 左右時進行一次管節中線校正。如發現管節有偏差的，應及時采用千斤頂對偏位的方向向上頂管節來糾偏。

(4)回填時為確保管底的質量，管底楔形塊位置的填筑材料應采用級配良好的含水量在2%左右的天然粗砂，然后以人工用木棍在管身外向內側夯填密實，木棒的作用點必須要貼緊管身，每個凹槽位置都需要夯實，然后以小型夯實機械斜向夯實以此來保證管底的回填質量。

4 結 語

鋼波紋管在我國公路工程中的應用已經有十多年的經驗，而其特征除了上述內容之外，根據近年來的施工案例表明，其每延米管材造價雖然比鋼筋混凝土要高，但綜合對比施工周期、人工成本、相關工藝之后發現，鋼波紋管的總體造價是要低于鋼筋混凝土管道的。再加上鋼波紋管耐久性能好、有利于節能環保、可適用于多種惡劣的土質環境等優勢，使得它在我國建筑工程中有著極為廣闊的發展前景。

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